JPS5916536A - 触媒反応装置 - Google Patents
触媒反応装置Info
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- JPS5916536A JPS5916536A JP12489482A JP12489482A JPS5916536A JP S5916536 A JPS5916536 A JP S5916536A JP 12489482 A JP12489482 A JP 12489482A JP 12489482 A JP12489482 A JP 12489482A JP S5916536 A JPS5916536 A JP S5916536A
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Classifications
-
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- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
- B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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- B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
- B01J2208/00008—Controlling the process
- B01J2208/00017—Controlling the temperature
- B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
- B01J2208/00115—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements inside the bed of solid particles
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-
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- B01J2208/0053—Controlling multiple zones along the direction of flow, e.g. pre-heating and after-cooling
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は炭化水素のスヂームリフオーミング反応等の
如き吸熱反応に使用するために、適当する熱交換効率が
高い触媒反応装置に関する。
如き吸熱反応に使用するために、適当する熱交換効率が
高い触媒反応装置に関する。
給を受けつつ高温で反応が遂行させられる反応装置にお
いては、熱交換を効率よく行い、かつ設備の小型化のた
め（こ管内設置の中心管内も高温流体か通過し、中心管
外に触媒が充填された二重管を反応管として採用するこ
とが提案されている。これは、二重管を採用することに
より、高？！ｉＮ、度域ζこある触媒層を通過した反応
ノノスが中心管内を通過しつつ反応）ｊスの顕熱を触媒
層に力えることとなリ、またスチーｔ８リフオーマーチ
ューブ出口の反応カス温度が低下していることによりス
チームリフオーマ−の下流に設置される熱回収設備容量
の縮小化が可能となることによるものである。
いては、熱交換を効率よく行い、かつ設備の小型化のた
め（こ管内設置の中心管内も高温流体か通過し、中心管
外に触媒が充填された二重管を反応管として採用するこ
とが提案されている。これは、二重管を採用することに
より、高？！ｉＮ、度域ζこある触媒層を通過した反応
ノノスが中心管内を通過しつつ反応）ｊスの顕熱を触媒
層に力えることとなリ、またスチーｔ８リフオーマーチ
ューブ出口の反応カス温度が低下していることによりス
チームリフオーマ−の下流に設置される熱回収設備容量
の縮小化が可能となることによるものである。
このような二重管状の反応装置の熱効率を更に向上させ
る反応装置として、例えば特開昭５３−７８９８３記載
のものが既に知られている。この反応装置は、二重管状
反応管の内筒の内部に円柱状のプラグを設け、触媒層出
口で反転した反応ガスを内筒とプラグとて区画される狭
小な中空円柱状の再生室空間を通過させることにより、
反応カスの保持熱を対流熱伝達により触媒層に与えるも
のである。この装置においては、プラグの外径と内筒の
内径の差を小さくして再生室の流路断面積は実際的に可
能な範囲内で狭小化し、反応ガスの流速を上昇させるこ
とによって対流熱伝達量を増大させるよう配慮されてい
る。
る反応装置として、例えば特開昭５３−７８９８３記載
のものが既に知られている。この反応装置は、二重管状
反応管の内筒の内部に円柱状のプラグを設け、触媒層出
口で反転した反応ガスを内筒とプラグとて区画される狭
小な中空円柱状の再生室空間を通過させることにより、
反応カスの保持熱を対流熱伝達により触媒層に与えるも
のである。この装置においては、プラグの外径と内筒の
内径の差を小さくして再生室の流路断面積は実際的に可
能な範囲内で狭小化し、反応ガスの流速を上昇させるこ
とによって対流熱伝達量を増大させるよう配慮されてい
る。
しかしながら、この装置においては対流熱伝達は増大し
ているものの生成ノｊスのガス層が薄いため、生成ガス
からの輻射熱伝達は殆ど期待できない。また、プラグ自
体も表面積が限られるため、プラグ表面温度の上昇によ
る固体輻射が有効になる程のプラグへの対流熱伝達も期
待てきない。更に再生室の流路断面積が小であるため、
反応ノノスの圧力損失も避けられない。
ているものの生成ノｊスのガス層が薄いため、生成ガス
からの輻射熱伝達は殆ど期待できない。また、プラグ自
体も表面積が限られるため、プラグ表面温度の上昇によ
る固体輻射が有効になる程のプラグへの対流熱伝達も期
待てきない。更に再生室の流路断面積が小であるため、
反応ノノスの圧力損失も避けられない。
発明者らはこのような従来技術の状況を考察し・熱効換
効率が優れ、小型化された吸熱触媒反応装置を開発すべ
く研究した結果、この発明（・こ到達したものである。
効率が優れ、小型化された吸熱触媒反応装置を開発すべ
く研究した結果、この発明（・こ到達したものである。
すなわち、この発明は、反応流体入口と出「１とを同一
端に有する二重円筒管状反応装置であって、内側円筒管
は、反応流体が前記入口から外側円筒管内面と内側円筒
管外面とにより区画形成され触媒が充填された中空円柱
状空間を通過させられた後に他端で反転させられ次いて
該内側円筒管の内部空間を通過させられて前記出口へ導
かれるよう配設され、かつ該内側円筒管内の空間に大表
面積を有する輻射面体がイ」設されているこ（！ｌ：を
特徴とする触媒反応装置である。
端に有する二重円筒管状反応装置であって、内側円筒管
は、反応流体が前記入口から外側円筒管内面と内側円筒
管外面とにより区画形成され触媒が充填された中空円柱
状空間を通過させられた後に他端で反転させられ次いて
該内側円筒管の内部空間を通過させられて前記出口へ導
かれるよう配設され、かつ該内側円筒管内の空間に大表
面積を有する輻射面体がイ」設されているこ（！ｌ：を
特徴とする触媒反応装置である。
以下、図面によって、この発明の実例を詳細に説明する
。
。
第１図はこの発明の触媒反応装置を加熱炉内に設置した
状態を示す縦断面図である。触媒反応装置１は炉壁２お
よび３にフランジ４およびカイトバイブ５によって固定
されている。この例では、適当する触媒の存在下にスチ
ームリフオーミングかｉｊＪ能な炭化水素類とスチーム
が原料とされ、加熱炉から熱の供給を受けつつ触媒層を
通過することによって水素と二酸化炭素へ転化される。
状態を示す縦断面図である。触媒反応装置１は炉壁２お
よび３にフランジ４およびカイトバイブ５によって固定
されている。この例では、適当する触媒の存在下にスチ
ームリフオーミングかｉｊＪ能な炭化水素類とスチーム
が原料とされ、加熱炉から熱の供給を受けつつ触媒層を
通過することによって水素と二酸化炭素へ転化される。
原料カス状混合物は入口６から頂部キャンプ７の内部空
間を経て、ます外側円筒管８と内側円筒管９とにより区
画形成される中空円柱状空間へ供給される。
間を経て、ます外側円筒管８と内側円筒管９とにより区
画形成される中空円柱状空間へ供給される。
この中空円柱状空間には触媒１０が炉壁２の高さまで充
填されており、この触媒層の上方部分は原料カスの予熱
部として主に機能し、中央部分以下の触媒が触媒として
機能している。
填されており、この触媒層の上方部分は原料カスの予熱
部として主に機能し、中央部分以下の触媒が触媒として
機能している。
この実例においては、内側円筒管は中央部分の直径か両
端部の１α径より小さく製作されているが、これは中空
円柱状空間内を通過する原料ガス流の流速を変化させる
配慮によるものであり、この発明の奸才しい実施の一態
様である。すなわち、この触媒反応装置の設置される加
熱炉は下部にバーナーが設置されているｆこめ、炉内の
温度勾配は下部から上部へと低下している。したがって
、比較的低高の原料ガスが供給され、比較的低高の炉内
上方部分に面する外側円筒管の外壁面から加熱される触
媒層上方層の予熱部においては、予熱が速やかに実施さ
れるよう−Ｊｒス流路断面積を減少させカス流速を増加
させて原料〕Ｊスの対流熱伝達を促進させている〇一方
最高温の燃焼−カスの輻射に暴露される外側円筒管下部
においては、過熱されることを防上する目的を以て同様
にノＪス流路断面積を減少させて対流熱伝達を促進させ
ている。
端部の１α径より小さく製作されているが、これは中空
円柱状空間内を通過する原料ガス流の流速を変化させる
配慮によるものであり、この発明の奸才しい実施の一態
様である。すなわち、この触媒反応装置の設置される加
熱炉は下部にバーナーが設置されているｆこめ、炉内の
温度勾配は下部から上部へと低下している。したがって
、比較的低高の原料ガスが供給され、比較的低高の炉内
上方部分に面する外側円筒管の外壁面から加熱される触
媒層上方層の予熱部においては、予熱が速やかに実施さ
れるよう−Ｊｒス流路断面積を減少させカス流速を増加
させて原料〕Ｊスの対流熱伝達を促進させている〇一方
最高温の燃焼−カスの輻射に暴露される外側円筒管下部
においては、過熱されることを防上する目的を以て同様
にノＪス流路断面積を減少させて対流熱伝達を促進させ
ている。
原料カスは、この触媒層を通過した後反応装置底部へ至
り、ここで底部キャップ１１内において反転され、内側
円筒カイト１２に設（・ツられた流路を通過して内側円
筒管の内部空間中を」一方向へ流通する。内側円筒管の
底部および内１１１１１円筒管内１席にも、図示の通り
、触媒゛１：３か充填されていてもよい。
り、ここで底部キャップ１１内において反転され、内側
円筒カイト１２に設（・ツられた流路を通過して内側円
筒管の内部空間中を」一方向へ流通する。内側円筒管の
底部および内１１１１１円筒管内１席にも、図示の通り
、触媒゛１：３か充填されていてもよい。
この発明の装置は、基本的にはこの内側円筒内部空間中
に大表面積を有する輻射面体１４が設置されていること
が特徴である。従来技術においても内側円筒内部を通過
する生成カスの顕熱を触媒層の加熱源として積極的に使
用する装置は存在したが、前述したように、満足し得な
いものであった。
に大表面積を有する輻射面体１４が設置されていること
が特徴である。従来技術においても内側円筒内部を通過
する生成カスの顕熱を触媒層の加熱源として積極的に使
用する装置は存在したが、前述したように、満足し得な
いものであった。
この発明の装置においては、この部分における生成カス
の保有熱が対流熱伝達およびノＪス輻射熱伝達により内
側円筒管を介して直接的に触媒層に付与されると同時に
、大表面積の輻射板面体が設置されることにより生成ノ
ｊスの保有熱が一旦輻射面体（こ吸収さぜられ生成カス
温度近くまで加熱された該輻射面体からの固体輻射によ
っても触媒層への加熱が行われ生成ガスの保有熱が有効
に利用され得ることとなる。
の保有熱が対流熱伝達およびノＪス輻射熱伝達により内
側円筒管を介して直接的に触媒層に付与されると同時に
、大表面積の輻射板面体が設置されることにより生成ノ
ｊスの保有熱が一旦輻射面体（こ吸収さぜられ生成カス
温度近くまで加熱された該輻射面体からの固体輻射によ
っても触媒層への加熱が行われ生成ガスの保有熱が有効
に利用され得ることとなる。
第２図は、この実例で使用された大表面積を有する輻射
面体の正面図であり、第３図、第４図および第５図はそ
のＡ −Ａ’、Ｂ −Ｂ’およびｃ −ｃ’線での断面
図である。この実例では輻射面体は波板１７が十字状に
上部固定枠１６と下部固定枠１８とにより固定され構成
されている。輻射面体は、図示の十字形状以外ζども円
環状、フィン状、放射線状等種々の形状で設置すること
が可能であるか、この実例のようにガス層の厚さを確保
しカス輻射能を低減させないこと、更には円筒管の中心
軸に対してほぼ平行形状とすることにより輻射面体の輻
射能を低減させるか、あるいは無用の圧力損失を発生さ
せないことが好ましい。
面体の正面図であり、第３図、第４図および第５図はそ
のＡ −Ａ’、Ｂ −Ｂ’およびｃ −ｃ’線での断面
図である。この実例では輻射面体は波板１７が十字状に
上部固定枠１６と下部固定枠１８とにより固定され構成
されている。輻射面体は、図示の十字形状以外ζども円
環状、フィン状、放射線状等種々の形状で設置すること
が可能であるか、この実例のようにガス層の厚さを確保
しカス輻射能を低減させないこと、更には円筒管の中心
軸に対してほぼ平行形状とすることにより輻射面体の輻
射能を低減させるか、あるいは無用の圧力損失を発生さ
せないことが好ましい。
また輻射面体の輻射面は可及的に大表面積を有すること
が好ましい結果をもたらすのであり、鋼製の学なる平板
や円管は避けるへきであり、ここで用いたような波板あ
るいは金属もしくは無機物の焼結体などを使用すること
が好ましい。
が好ましい結果をもたらすのであり、鋼製の学なる平板
や円管は避けるへきであり、ここで用いたような波板あ
るいは金属もしくは無機物の焼結体などを使用すること
が好ましい。
第１図の触媒反応装置に第２図の輻射面体を設置しこの
反応装置を使用して約４００℃の原料ノノスを約６００
℃の反応温度でスチームリフオーミングした場合の内側
円筒管内部からの回収熱量の内訳は、輻射面体からの固
体輻射によるものが約７５％、ガス輻射によるものが約
１５％、対流熱伝達によるものが約１０％である。この
ように、輻射面体設置により生成ガスからの回収熱量は
大巾に増加する。
反応装置を使用して約４００℃の原料ノノスを約６００
℃の反応温度でスチームリフオーミングした場合の内側
円筒管内部からの回収熱量の内訳は、輻射面体からの固
体輻射によるものが約７５％、ガス輻射によるものが約
１５％、対流熱伝達によるものが約１０％である。この
ように、輻射面体設置により生成ガスからの回収熱量は
大巾に増加する。
内側円筒管の内部を通過した生成カスは、このようにし
て触媒層および輻射面体に熱を与えた後、出口１５から
排出され精製された後、例えば燃料電池の水素極など、
所望の用途に使用される。なお、フランジ１９は触媒を
反応装置内部に充填する入口として機能する。
て触媒層および輻射面体に熱を与えた後、出口１５から
排出され精製された後、例えば燃料電池の水素極など、
所望の用途に使用される。なお、フランジ１９は触媒を
反応装置内部に充填する入口として機能する。
内側円筒管の内部から触媒層への輻射熱伝達をより重筋
に利用するためには、内側円筒管の温度を触媒層内の謂
１度に極力近側けることが望ましい。
に利用するためには、内側円筒管の温度を触媒層内の謂
１度に極力近側けることが望ましい。
ずなわぢ触媒層と内側円筒管との熱伝達率を・増大させ
て、ここで生じるｕ１度差を低減することが好ましい。
て、ここで生じるｕ１度差を低減することが好ましい。
この目的を達成するために、この発明の触媒反応装置に
おいては、第６図に示したように内側円筒管の外面つま
り触媒層側にフィン２０を配設してもよい。
おいては、第６図に示したように内側円筒管の外面つま
り触媒層側にフィン２０を配設してもよい。
以上に、詳述し１こようにこの発明の触媒反応装置は、
大表面積の輻射面体を設置したことにより固体輻射（・
こよる触媒層への熱伝達が飛躍的に増加し、また輻パ射
面体が設置されることによってカス輻射熱伝達も損われ
ることがなく、更に反応装置全体の圧力損失も殆ど変化
することがないのであり、小型化された吸熱反応装置、
特に燃料電池の水素発生用小型リフオーマ−と、して高
熱効率の機能が発揮される。
大表面積の輻射面体を設置したことにより固体輻射（・
こよる触媒層への熱伝達が飛躍的に増加し、また輻パ射
面体が設置されることによってカス輻射熱伝達も損われ
ることがなく、更に反応装置全体の圧力損失も殆ど変化
することがないのであり、小型化された吸熱反応装置、
特に燃料電池の水素発生用小型リフオーマ−と、して高
熱効率の機能が発揮される。
第１図は、この発明の触媒反応装置が加熱炉内に設置さ
れた状態を示す縦断面図である。第２図は輻射面体の正
面図であり、第３図、第４図、および第５図はそれぞれ
第２図中に図示された位置における断面図である。第６
図は内側円筒管の正図図である。 １：触媒反応装置 ２．３：加熱炉壁 ４：フランジ ５：ノフイド ６：入口 ア：頂部ギャップ ８：外側円筒管 ９：内側円筒管 １０：触媒 １１：底部キャンプ Ｊ２：内側円筒管ガイド １３：触媒 １４：輻射面体 １５：出口 １６：上部固定枠 １７二波板 ］８：下部固定枠 １９：フランジ ２０：フィン 特ｄ′１・川、７１人 東洋エンジニアリング株式会社
第 １ 図
れた状態を示す縦断面図である。第２図は輻射面体の正
面図であり、第３図、第４図、および第５図はそれぞれ
第２図中に図示された位置における断面図である。第６
図は内側円筒管の正図図である。 １：触媒反応装置 ２．３：加熱炉壁 ４：フランジ ５：ノフイド ６：入口 ア：頂部ギャップ ８：外側円筒管 ９：内側円筒管 １０：触媒 １１：底部キャンプ Ｊ２：内側円筒管ガイド １３：触媒 １４：輻射面体 １５：出口 １６：上部固定枠 １７二波板 ］８：下部固定枠 １９：フランジ ２０：フィン 特ｄ′１・川、７１人 東洋エンジニアリング株式会社
第 １ 図
Claims (5)
- （１） 反応流体の入口と出口を同一端に有する同心
二重円筒管状反応装置てあり、反応流体は前記入口から
外側円筒管と内側円筒管とにより区画形成され触媒が充
填された中空円柱状空間を通過さぜられた後に他端で反
転させられ、次いて該内側円筒管の内部空間を通過させ
られて出口へ導かれ、該内側円筒管内の空間中に反応流
体の流通を阻害しない大表面積を有する輻射面体か付設
されていることを特徴とする触媒反応装置。 - （２） 前記二取円筒管状反応装置は加熱炉内に設置
され、外側円筒管の壁面を通じて熱の供給を受けるもの
である特許請求の範囲第１項記載の触媒反応装置。 - （３）前記輻射板が波板を以て構成される特許請求の範
囲第１又は２項記載の触媒反応装置。 - （４）前記内側円筒管がその外周部にフィンを有する特
許請求の範囲第１，２又は３項記載の触媒反応装置。 - （５）前記内側円筒管の軸心に沿った内径および外径が
変化させられている特許請求の範囲第１゜２．３又は４
項記載の触媒反応装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12489482A JPS5916536A (ja) | 1982-07-17 | 1982-07-17 | 触媒反応装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12489482A JPS5916536A (ja) | 1982-07-17 | 1982-07-17 | 触媒反応装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5916536A true JPS5916536A (ja) | 1984-01-27 |
Family
ID=14896732
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12489482A Pending JPS5916536A (ja) | 1982-07-17 | 1982-07-17 | 触媒反応装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5916536A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4909809A (en) * | 1986-12-25 | 1990-03-20 | Toyo Engineering Corporation | Apparatus for the production of gas |
| FR2898518A1 (fr) * | 2006-03-17 | 2007-09-21 | Inst Francais Du Petrole | Reacteur echangeur a combustion interne pour reaction endothermique en lit fixe |
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1982
- 1982-07-17 JP JP12489482A patent/JPS5916536A/ja active Pending
Cited By (6)
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